(57)【要約】【課題】  デシカント空調機器に適用可能なように、また貯湯槽の蓄熱量が増大するように温水の温度を上昇させることができる燃料電池の排熱利用システムを提供すること。【解決手段】  電気と熱を発生する燃料電池２と、熱を温水として貯える貯湯槽４と、太陽熱を利用して水を加温する太陽熱集熱装置６と、デシカント空調機器８と、燃料電池の冷却水を循環する冷却水循環流路１２と、貯湯槽４内の水を循環する貯湯水循環流路１４と、冷却水循環流路１２の冷却水と貯湯水循環流路１４の水とを熱交換する熱交換器１６と、熱交換後の温水を太陽熱集熱装置６に送給する第１温水送給流路２２と、太陽熱集熱装置６からの温水を貯湯槽４に向けて送給する第２温水送給流路２４と、この温水をデシカント空調装置８に向けて送給する温水送給流路２６とを具備する燃料電池の排熱利用システム。【選択図】  図１
2005265293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気と熱を発生する燃料電池と、熱を温水として貯えるための貯湯槽と、太陽熱を利用して水を加温するための太陽熱集熱装置と、熱を消費する熱消費機器と、前記燃料電池を通して冷却水を循環する冷却水循環流路と、前記貯湯槽内の水を循環する貯湯水循環流路と、前記貯湯水循環流路を流れる水を前記太陽熱集熱装置に送給する第１温水送給流路と、前記太陽熱集熱装置からの温水を前記貯湯槽に送給する第２温水送給流路と、前記太陽熱集熱装置からの温水を前記熱消費機器に向けて送給する第３温水送給流路と、前記熱消費機器を通して温水を循環する消費温水循環流路と、前記冷却水循環流路を流れる冷却水と前記貯湯水循環流路を流れる水との間で熱交換を行うための第１熱交換器と、前記第３温水送給流路を流れる温水と前記消費温水循環流路を流れる温水との間で熱交換を行うための第２熱交換器と、を具備し、
前記貯湯槽内の水を前記太陽熱集熱装置を利用して加温するときには、この貯湯槽内の水が、前記貯湯水循環流路及び前記第１熱交換器を通して流れ、前記第１熱交換器において前記冷却水循環流路を循環する冷却水との間で熱交換され、その後前記第１温水送給流路を通して前記太陽熱集熱装置に送給され、前記太陽熱集熱装置で加温された後に前記第２温水送給流路を通して前記貯湯槽に戻され、
また、前記太陽熱集熱装置を利用して加温して前記熱消費機器にて消費するときには、前記貯湯槽内の水が、前記貯湯水循環流路及び前記第１熱交換器を通して流れ、前記第１熱交換器において前記冷却水循環流路を循環する冷却水との間で熱交換され、その後前記第１温水送給流路を通して前記太陽熱集熱装置に送給され、前記太陽熱集熱装置で加温された後に前記第３温水送給流路を通して流れ、前記第２熱交換器において前記消費温水循環流路を通して流れる温水との間で熱交換されることを特徴とする燃料電池の排熱利用システム。
【請求項２】
前記第３温水送給流路の下流側は第１及び第２分岐送給流路に分岐され、前記第１分岐送給流路は前記貯湯槽に接続され、前記第２分岐送給流路は前記貯湯水循環流路の前記第１熱交換器より上流側に接続されており、前記第３温水送給流路の分岐部を流れる温水の温度が所定温度以上であるときには、前記第３温水送給流路を流れる温水は前記第１分岐送給流路を通して前記貯湯槽に戻され、前記第３温水送給流路の前記分岐部を流れる温水の温度が設定温度より低いときには、前記第３温水送給流路を流れる温水は前記第２分岐送給流路を通して前記貯湯水循環流路に送給されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の排熱利用システム。
【請求項３】
前記熱消費機器がデシカント空調装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池の排熱利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の排熱を利用する排熱利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題、エネルギー効率などの観点から、電気と熱を発生する燃料電池が開発され、家庭用燃料電池として燃料電池反応の作動温度が低い固体高分子形燃料電池が注目されている。このような燃料電池を利用した排熱利用システムは、電気と熱を発生する燃料電池と、排熱を温水として貯える貯湯槽と、燃料電池を通して冷却水を循環する冷却水循環流路と、貯湯槽内の水を循環させる貯湯水循環流路と、冷却水循環流路を流れる冷却水と貯湯水循環流路を流れる水との間で熱交換する熱交換器とを備えている。このような排熱利用システムでは、燃料電池の排熱が冷却水循環流路を流れる冷却水及び貯湯水循環流路を流れる水を介して貯湯槽に伝達され、この貯湯槽に温水として貯えられる。
【０００３】
このような排熱利用システムでは、燃料電池として固体高分子形燃料電池を用いた場合、その燃料電池反応の作動温度が低く（例えば約８０℃程度）、そのために排熱温度も低くなり（例えば６０℃程度）、従って、貯湯槽に貯えられる温水の温度を高く保つことが難しく、貯湯槽に貯えられた温水の用途は主として給湯用となる。
【０００４】
このような排熱利用システムにおいては、夏期にように熱需要（給湯用）が電力需要に比べて極端に少なく、熱需要と電力需要とが大きくアンバランスする場合、燃料電池の排熱を充分に利用することができず、エネルギー効率が低下する。また、冬期のように熱需要（給湯用）が電力需要に比して大きい場合、貯湯槽に貯えられた温水では熱需要を充分にまかなうことができず、給湯時に補助熱源（例えば、補助ボイラ）が稼動するようになり、このような場合においてもエネルギー効率が低下する。
【０００５】
このようなことから、燃料電池の排熱を加熱器、例えばガスエンジンの排熱を利用して更に加温するようにしたものも提案されている（例えば、特許文献１参照）。この排熱利用システムでは、燃料電池の排熱がガスエンジンの排熱を利用して更に加熱され、この加熱された排熱を利用して、デシカント空調機器のデシカントホィールに送給される再生空気が再生温度、例えば８０℃程度まで加温される。従って、燃料電池の排熱をデシカント空調機器の加温に利用することができ、燃料電池の排熱の有効利用が可能となる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２７９０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した排熱利用システムでは、燃料電池の排熱をガスエンジンなどの排熱を利用して加温し、デシカント空調機器に適用しているので、デシカント空調機器を運転するときには、上述したようにして排熱を有効利用してエネルギー効率を高めることができるが、デシカント空調機器を運転しないときには、燃料電池の排熱及びガスエンジンの排熱を充分に有効利用することができず、エネルギー効率が低下する問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、燃料電池の排熱を有効利用することができ、夏期においてはデシカント空調機器に適用可能なように温水の温度を上昇させ、冬期においては貯湯槽の蓄熱量が増大するように温水の温度を上昇させることができる燃料電池の排熱利用システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の燃料電池の排熱利用システムは、電気と熱を発生する燃料電池と、熱を温水として貯えるための貯湯槽と、太陽熱を利用して水を加温するための太陽熱集熱装置と、熱を消費する熱消費機器と、前記燃料電池を通して冷却水を循環する冷却水循環流路と、前記貯湯槽内の水を循環する貯湯水循環流路と、前記貯湯水循環流路を流れる水を前記太陽熱集熱装置に送給する第１温水送給流路と、前記太陽熱集熱装置からの温水を前記貯湯槽に送給する第２温水送給流路と、前記太陽熱集熱装置からの温水を前記熱消費機器に向けて送給する第３温水送給流路と、前記熱消費機器を通して温水を循環する消費温水循環流路と、前記冷却水循環流路を流れる冷却水と前記貯湯水循環流路を流れる水との間で熱交換を行うための第１熱交換器と、前記第３温水送給流路を流れる温水と前記消費温水循環流路を流れる温水との間で熱交換を行うための第２熱交換器と、を具備し、
前記貯湯槽内の水を前記太陽熱集熱装置を利用して加温するときには、この貯湯槽内の水が、前記貯湯水循環流路及び前記第１熱交換器を通して流れ、前記第１熱交換器において前記冷却水循環流路を循環する冷却水との間で熱交換され、その後前記第１温水送給流路を通して前記太陽熱集熱装置に送給され、前記太陽熱集熱装置で加温された後に前記第２温水送給流路を通して前記貯湯槽に戻され、
また、前記太陽熱集熱装置を利用して加温して前記熱消費機器にて消費するときには、前記貯湯槽内の水が、前記貯湯水循環流路及び前記第１熱交換器を通して流れ、前記第１熱交換器において前記冷却水循環流路を循環する冷却水との間で熱交換され、その後前記第１温水送給流路を通して前記太陽熱集熱装置に送給され、前記太陽熱集熱装置で加温された後に前記第３温水送給流路を通して流れ、前記第２熱交換器において前記消費温水循環流路を通して流れる温水との間で熱交換されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載の燃料電池の排熱利用システムでは、請求項１に記載の構成に加えて、前記第３温水送給流路の下流側は第１及び第２分岐送給流路に分岐され、前記第１分岐送給流路は前記貯湯槽に接続され、前記第２分岐送給流路は前記貯湯水循環流路の前記第１熱交換器より上流側に接続されており、前記第３温水送給流路の分岐部を流れる温水の温度が所定温度以上であるときには、前記第３温水送給流路を流れる温水は前記第１分岐送給流路を通して前記貯湯槽に戻され、前記第３温水送給流路の前記分岐部を流れる温水の温度が設定温度より低いときには、前記第３温水送給流路を流れる温水は前記第２分岐送給流路を通して前記貯湯水循環流路に送給されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項３に記載の燃料電池の排熱利用システムでは、請求項１又は２に記載の構成に加えて、前記熱消費機器がデシカント空調装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の燃料電池の排熱利用システムによれば、電気及び熱を発生する燃料電池と太陽熱を利用して加温する太陽熱集熱装置とが組み合わせられ用いられ、燃料電池の排熱を利用して加温された温水が必要に応じて太陽熱集熱装置によって更に加温されて温度が高められる。太陽熱集熱装置により加温するために、貯湯槽内の水を循環する貯湯水循環流路と、貯湯水循環流路の水を太陽熱集熱装置に送給する第１温水送給流路と、太陽熱集熱装置にて加温された温水を貯湯槽に送給する第２温水送給流路と、太陽熱集熱装置にて加温された温水を熱消費機器に向けて送給する第３温水送給流路と、熱消費機器を通して温水を循環する消費温水循環流路とが設けられる。
【００１３】
貯湯槽内の水を太陽熱集熱装置を利用して加温するときには、この貯湯槽内の水が、貯湯水循環流路及び第１熱交換器を通して流れ、第１熱交換器において、燃料電池を冷却するための冷却水との間で熱交換され、その後第１温水送給流路を通して太陽熱集熱装置に送給され、太陽熱集熱装置で加温された後に第２温水送給流路を通して貯湯槽に戻され、このように第１熱交換器にて加温された後太陽熱集熱装置で更に加温された温水が貯湯槽に送給され、貯湯槽の温水の貯湯温度を高めることができる。
【００１４】
また、太陽熱集熱装置を利用して加温して熱消費機器にて消費するときには、貯湯槽内の水が、貯湯水循環流路及び第１熱交換器を通して流れ、第１熱交換器において燃料電池を冷却するための冷却水との間で熱交換され、その後第１温水送給流路を通して太陽熱集熱装置に送給され、太陽熱集熱装置で加温された後に第３温水送給流路を通して流れ、第２熱交換器において消費温水循環流路の温水との間で熱交換され、このように第１熱交換器にて加温された後太陽熱集熱装置で更に加温された温水が熱消費機器に向けて送給され、熱消費機器の温水と熱交換する温水の温度を高めることができる。
【００１５】
また、本発明の請求項２に記載の燃料電池の排熱利用システムによれば、第３温水送給流路の下流側は第１及び第２分岐送給流路に分岐され、第３温水送給流路の分岐部を流れる温水の温度が所定温度以上であるときには、第３温水送給流路を流れる温水は第１分岐送給流路を通して貯湯槽に戻されるので、熱消費機器による熱消費後の余剰の熱は貯湯槽に温水として貯えることができる。また、第３温水送給流路の分岐部を流れる温水の温度が設定温度より低いときには、前記第３温水送給流路を流れる温水は第２分岐送給流路を通して貯湯水循環流路に送給されるので、この温水は第１熱交換器にて冷却水との間で熱交換されて加温され、更に太陽熱集熱装置にて加温されて熱消費機器して消費されるようになる。
【００１６】
また、本発明の請求項３に記載の燃料電池の排熱利用システムによれば、熱消費機器がデシカント空調装置であり、貯湯槽の水を燃料電池の冷却水との間で熱交換した後に、この加温された水を太陽熱集熱装置で更に加温することによって、約８０℃の温水に加温することができ、これによって、デシカント空調装置を効率よく運転することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う燃料電池の排熱利用システムについて説明する。図１は、一実施形態の排熱利用システムを簡略的に示すシステム図であり、図２は、図１の排熱利用システムを給水蓄熱モードで運転したときの温水の流れを示す図であり、図３は、図１の排熱利用システムを貯湯槽蓄熱モードで運転したときの温水の流れを示す図であり、図４は、図１の排熱利用システムをデシカント空調モードで運転して温水を貯湯水循環流路に戻すときの温水の流れを示す図であり、図５は、図１の排熱利用システムをデシカント空調モードで運転して温水を貯湯槽に貯めるときの温水の流れを示す図であり、図６は、図１の排熱利用システムを床暖房モードで運転したときの温水の流れを示す図である。
【００１８】
図１において、図示の燃料電池の排熱利用システムは、燃料電池としての固体高分子形燃料電池２と、温水を貯湯するための貯湯槽４と、太陽熱を利用して水（又は温水）を加温するための太陽熱集熱装置６とを備えている。固体高分子形燃料電池２は燃料電池反応によって電気と熱を発生し、また太陽熱集熱装置６は太陽光による熱を集熱して加温し、燃料電池２の排熱及び／又は太陽熱集熱装置６の集熱により加温された温水が貯湯槽４に貯えられ、排熱及び／又は集熱が温水として貯湯槽４に蓄熱される。また、この実施形態では、燃料電池２の排熱及び／又は太陽熱集熱装置６の集熱が熱消費機器としてのデシカント空調装置８及び床暖房装置１０で消費されるように構成されている。熱消費機器として、例えば浴室暖房乾燥機などを採用するようにしてもよい。
【００１９】
固体高分子形燃料電池２は冷却水循環流路１２が設けられ、固体高分子形燃料電池２を冷却するための冷却水がこの冷却水循環流路１２を通して循環される。また、貯湯槽４には貯湯水循環流路１４が設けられ、貯湯槽４内の水がこの貯湯水循環流路１４を通して循環される。冷却水循環流路１２及び貯湯水循環流路１４に関連して第１熱交換器１６が設けられ、のこの第１熱交換器１６において、冷却水循環流路１２を流れる冷却水と貯湯水循環流路１４を流れる水との間で熱交換が行われ、この熱交換によって、貯湯水循環流路１４の水が加温される。
【００２０】
貯湯水循環流路１４には、この第１熱交換器１６より上流側に送給ポンプ１８が設けられ、この送給ポンプ１８の作用によって、貯湯槽４内の水が貯湯水循環流路１４を通して循環される。また、第１熱交換器１６より下流側には三方切換弁２０が設けられ、この三方切換弁２０の第１接続部が第１熱交換器１６側に接続され、その第２接続部が太陽熱集熱装置６側に接続され、その第３接続部が貯湯槽４側に接続されている。このように構成されているので、三方切換弁２０は、第１の切換状態にあるときには第１熱交換器１６側と貯湯槽４側とを連通し、第１熱交換器１６からの温水を貯湯槽４に導き、第２の切換状態にあるときには、第１熱交換器１６側と太陽熱集熱装置６側とを連通し、第１熱交換器１６からの温水を後述する如く太陽熱集熱装置６に導く。
【００２１】
太陽熱集熱装置６は第１温水送給流路２２を介して三方切換弁２０の第２接続部に接続され、また第２温水送給流路２４を介して貯湯槽４に接続されている。また、太陽熱集熱装置６からの温水を熱消費機器としてのデシカント空調装置８に向けて送給するための第１消費温水送給流路２６（第３温水送給流路を構成する）と、太陽熱集熱装置６からの温水を熱消費機器としての床暖房装置１０に向けて送給するための第２消費温水送給流路２８（第３温水送給流路を構成する）とが設けられ、この実施形態では、第１及び第２消費温水送給流路２６，２８の上流側部が上記第２温水送給流路２４に接続され、第２消費温水送給流路２８の下流側部が第１消費温水送給流路２６に接続されている。また、第１消費温水送給流路２６の下流側は二つに分岐され、第１分岐送給流路３０は貯湯槽４に接続され、第２分岐送給流路３２は貯湯水循環流路１４（具体的には、第１熱交換器１６よりも上流側の部位）に接続されている。
【００２２】
この実施形態では、第２温水送給流路２４（具体的には、第１及び第２消費温水送給流路２６，２８の接続部位よりも下流側の部位）には第１開閉弁３４が配設され、第１消費温水送給流路２６には第２開閉弁３６が配設され、第２消費温水送給流路２８には第３開閉弁３８が配設されている。また、第１分岐送給流路３０には第４開閉弁４０が配設され、第２分岐送給流路３２には第５開閉弁４２が配設されている。従って、第１開閉弁３４が開状態で、第２及び第３開閉弁３６，３８が閉状態のときには、太陽熱集熱装置６からの温水は貯湯槽４に送給されるが、第２開閉弁３６が開状態で、第１及び第３開閉弁３４，３８が閉状態のときには、太陽熱集熱装置６からの温水は第１消費温水送給流路２６に送給され、また第３開閉弁３８が開で、第１及び第２開閉弁３４，３６が閉状態のときには、太陽熱集熱装置６からの温水は第２消費温水送給流路２８に送給される。更に、第４開閉弁４０が開状態で、第５開閉弁４２が閉状態のときには、第１消費温水送給流路２６からの温水は第１分岐送給流路３０を通して貯湯槽４に送給され、また第４開閉弁４０が閉状態で、第５開閉弁４２が開状態のときには、第１消費温水送給流路２６からの温水は第２分岐送給流路３２を通して貯湯水循環流路１４に送給される。
【００２３】
第１消費温水送給流路２６を流れる温水の熱はデシカント空調装置８にて消費されるように構成されている。デシカント空調装置８は、デシカントホィール、顕熱熱交換器、蒸発冷却器、加熱器などを備えたそれ自体公知の空調装置であり、デシカントサイクルによって、外気を除湿、冷却して室内に導入するとともに、室内空気を加熱、加湿して屋外に排出する。このデシカントサイクルでは、デシカントホィールにおいてデシカントの再生（乾燥）が行われ、このデシカントの再生には約８０℃程度の温度が必要であり、室内から屋内に排出される空気が約８０℃程度に加熱され、この加熱に第１消費温水送給流路２６を流れる温水の熱が利用される。
【００２４】
デシカント空調装置８には、空調用温水循環流路４４（消費温水循環流路を構成する）が設けられ、デシカントの再生に用いられる空気を加温するための温水が空調用温水循環流路４４を通して循環される。第１消費温水送給流路２６及び第１消費温水循環流路４４に関連して第１消費熱交換器４６（第２熱交換器を構成する）が設けられ、この第１消費熱交換器４６において、第１消費温水送給流路２６を流れる温水と第１消費温水循環流路４４を流れる温水との間で熱交換が行われ、この熱交換によって、第１消費温水循環流路４４の温水が加温される。
【００２５】
また、第２消費温水送給流路２８を流れる温水の熱は、床暖房装置１０にて消費されるように構成されている。床暖房装置１０は、放熱チューブを内蔵する放熱パネル、放熱チューブからの均一化する均熱シート及び床面となる仕上げ部材などを備えたそれ自体公知のものであり、放熱チューブを流れる温水の熱によって床面を温め、床面から室内空間を暖房し、放熱チューブを流れる温水の加温に第２消費温水送給流路２８を流れる温水の熱が利用される。
【００２６】
床暖房装置１０には、床暖房用温水循環流路４８（消費温水循環流路を構成する）が設けられ、床を暖房するために放熱チューブを流れる温水が床暖房用温水循環流路４８を通して循環される。第２消費温水送給流路２８及び第２消費温水循環流路４８に関連して第２消費熱交換器５０（第２熱交換器を構成する）が設けられ、この第２消費熱交換器５０において、第２消費温水送給流路２８を流れる温水と第２消費温水循環流路４８を流れる温水との間で熱交換が行われ、この熱交換によって、第２消費温水循環流路４８の温水が加温される。
【００２７】
この排熱利用システムは、更に、システムを制御するための制御装置５２及びシステムの運転モードを設定するための運転操作装置５４を備えている。この実施形態では、運転操作装置５４は、給水蓄熱モード、第１貯湯槽蓄熱モード、第２貯湯槽蓄熱モード、デシカント空調モード及び床暖房モードの運転を設定可能なように構成されている。また、制御手段５２は、燃料電池２、太陽熱集熱装置６、送給ポンプ１８、三方切換弁２０及び第１〜第５開閉弁３４〜４２を作動制御する。尚、デシカント空調装置８は、例えば専用の空調用リモコン（図示せず）によって、また床暖房装置１０は、例えば専用の床暖房用リモコン（図示せず）によって作動制御される。
【００２８】
次に、図１とともに図２〜図６を参照して、上述した燃料電池の排熱利用システムの各種運転モードにおける運転状態について説明する。
運転操作装置５４によって給水蓄熱モードを設定したときには、図２に示す運転状態になる。太陽熱集熱装置６には、水道管の如き水供給源（図示せず）に給水弁（図示せず）を介して接続されており、この給水蓄熱モードにおいては、給水弁が開状態になり、第１開閉弁３４が開状態になり、また太陽熱集熱装置６が作動される。このような状態においては、水供給源からの水が太陽熱集熱装置６に送給され、この太陽熱集熱装置６にて所定温度（例えば、８０℃程度）に加温され、かく加温された温水が第２温水送給流路２４を介して貯湯槽４に流れ、太陽熱集熱装置６にて所定温度まで上昇された温水が貯湯槽４に貯えられ、貯湯槽４の蓄熱量を大きくすることができる。尚、このときには、燃料電池２、デシカント空調装置８、床暖房装置１０及び送給ポンプ１８は作動せず、また第２〜第５開閉弁３６〜４２が閉状態に保持される。
【００２９】
また、運転操作装置５４によって第１貯湯槽蓄熱モードを設定したときには、図３に示す運転状態になる。燃料電池２、太陽熱集熱装置６及び送給ポンプ１８が作動され、三方切換弁２０が第２の切換状態に保持され、また第１開閉弁３４が開状態になる。このような状態においては、固体高分子形燃料電池２の燃料電池反応によって電気が発生するとともに、この燃料電池２を冷却するための冷却水が冷却水循環流路１２を通して循環される。また、送給ポンプ１８の作用によって貯湯槽４内の水が貯湯水循環流路１４を通して循環され、第１熱交換器１６において冷却水循環流路１２を流れる温水と貯湯水循環流路１４を流れる水との間で熱交換が行われ、この熱交換によって加温された温水（例えば、６０℃程度に加温される）が三方切換弁２０を通り、第１温水送給流路２２を通して太陽熱集熱装置６に送給される。太陽熱集熱装置６は、第１熱交換器１６にて加温された温水を更に加温して所定温度（例えば、８０℃程度）まで上昇し、かく加温された温水が貯湯槽４に貯えられ、貯湯槽４の蓄熱量を大きくすることができる。尚、このときには、デシカント空調装置８及び床暖房装置１０は作動せず、また第２〜第５開閉弁３６〜４２が閉状態に保持される。
【００３０】
また、運転操作装置５４によってデシカント空調モードを設定したときには、図４（又は図５）に示す運転状態になる。燃料電池２、太陽熱集熱装置６、送給ポンプ１８及びデシカント空調装置８が作動され、三方切換弁２０が第２の切換状態に保持され、また第２及び第５開閉弁３６，４２（又は第２及び第４開閉弁３６，４０）が開状態になる。このような状態においては、上述したと同様に、固体高分子形燃料電池２が発電し、この燃料電池２を冷却するための冷却水が冷却水循環流路１２を循環され、また貯湯槽４内の水が貯湯水循環流路１４を通して循環され、第１熱交換器１６において冷却水循環流路１２の温水と貯湯水循環流路１４の水との間で熱交換が行われ、この熱交換によって加温された温水（例えば、６０℃程度に加温される）が三方切換弁２０及び第１温水送給流路２２を通して太陽熱集熱装置６に送給される。太陽熱集熱装置６は、第１熱交換器１６にて加温された温水を更に加温して所定温度（例えば、８０℃程度）まで上昇し、かく加温された温水が第１消費温水送給流路２６に送給され、またデシカント空調装置８のデシカントホィール（図示せず）を再生するための空気を加温するための温水が第１消費温水循環流路４４を通して循環され、第１消費熱交換器４６において第１消費温水送給流路２６の温水と第１消費温水循環流路４４の温水との間で熱交換が行われ、熱交換により加温された温水によりデシカント空調装置８の再生用空気が加温される。固体高分子形燃料電池２は燃料電池反応の作動温度が低く、その冷却水の熱を利用しても６０℃程度の温水しか生成することができないが、この温水を太陽熱集熱装置６にて更に加温することによって８０℃程度の温水にすることができ、これによって、デシカント空調装置８の再生用空気の加温に用いることが可能となり、固体高分子形燃料電池２の排熱のデシカント空調機器８への適用が可能となる。
【００３１】
第１消費熱交換器４６の熱交換後の第１消費温水送給流路２６の温水の温度が設定温度（例えば、５５℃程度であって、第１熱交換器１６において冷却水との間で熱交換して加温される温度）以下である場合、図４で示すように、第５開閉弁４２が開状態になり、第１消費温水送給流路２６からの温水は第２分岐送給流路３２を通して貯湯水循環流路１４に送給され、第１熱交換器１６において燃料電池２の冷却水との間で熱交換された後再び太陽熱集熱装置６に送給され、第１熱交換器１６、三方切換弁２０、太陽熱集熱装置６及び第１消費熱交換器４６を通して循環される。このとき、床暖房装置１０は作動せず、第１、第３及び第４開閉弁３４，３８，４０は閉状態に保たれる。
【００３２】
一方、第１消費熱交換器４６の熱交換後の第１消費温水送給流路２６の温水の温度が上記設定温度を超えている場合、図５で示すように、第４開閉弁４０が開状態になり、第１消費温水送給流路２６からの温水は第１分岐送給流路３０を通して貯湯槽４に送給される。この場合には、貯湯水循環流路１４に戻して第１熱交換器１６を通して流してもこの第１熱交換器において冷却水との熱交換が行われず、このようなことから貯湯槽４に送給され、その熱量が貯湯槽４に蓄熱され、その蓄熱量が増大する。このとき、床暖房装置１０は作動せず、第１、第３及び第５開閉弁３４，３８，４２は閉状態に保たれる。
【００３３】
また、運転操作装置５４によって床暖房モードを設定したときには、図６に示す運転状態になる。燃料電池２、太陽熱集熱装置６、送給ポンプ１８及び床暖房装置１０が作動され、三方切換弁２０が第２の切換状態に保持され、また第３及び第５開閉弁３８，４２（又は第３及び第４開閉弁３８，４０）が開状態になる。この床暖房モードにおいては、太陽熱集熱装置６からの温水が第２消費温水送給流路２８を通して流れるとともに、床暖房装置１０の放熱チューブ（図示せず）を流れる温水が第２消費温水循環流路４６を通して循環され、第２消費熱交換器５０において第２消費温水送給流路２８の温水と第２消費温水循環流路４８の温水との間で熱交換が行われ、熱交換により加温された温水の熱を利用して暖房され、この暖房時においても、太陽熱集熱装置６により温水が８０℃程度に加温されるので、効率よく暖房することができる。
【００３４】
この暖房時においても、第２消費熱交換器４８の熱交換後の第２消費温水送給流路２８の温水の温度が設定温度（例えば、５５℃程度）以下である場合、図６に実線で示すように、第５開閉弁４２が開状態になり、第２消費温水送給流路２８からの温水は第２分岐送給流路３２を通して貯湯水循環流路１４に送給され、第１熱交換器１６において燃料電池２の冷却水との間で熱交換された後再び太陽熱集熱装置６に送給されるが、第２消費熱交換器５０の熱交換後の第２消費温水送給流路２８の温水の温度が上記設定温度を超えている場合、図５に破線で示すように、第４開閉弁４０が開状態になり、第２消費温水送給流路２８からの温水は第１分岐送給流路３０を通して貯湯槽４に送給される。
【００３５】
また、運転操作装置５４によって第２貯湯槽蓄熱モードを設定したときには、燃料電池２及び送給ポンプ１８が作動され、三方切換弁２０が第１切換状態に保持される。この運転状態においては、固体高分子形燃料電池２が電気を発生し、その冷却水が冷却水循環流路１２を通して循環され、また送給ポンプ１８の作用によって貯湯槽４内の水が貯湯水循環流路１４を通して循環され、第１熱交換器１６において冷却水循環流路１２の温水と貯湯水循環流路１４の水との間で熱交換が行われ、この熱交換によって加温された温水（例えば、６０℃程度に加温される）が三方切換弁２０を通って貯湯槽４に送給される。尚、このときには、太陽熱集熱装置６、デシカント空調装置８及び床暖房装置１０は作動せず、また第１〜第５開閉弁３４〜４２が閉状態に保持される。
【００３６】
以上、本発明に従う燃料電池の排熱利用システムの一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００３７】
例えば、図示の実施形態では、熱消費機器としてデシカント空調装置８及び床暖房装置１０を用いているが、これらのいずれか一方のみを用いるようにしてもよく、或いはこれらに加えて浴室暖房乾燥機を用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の燃料電池の排熱利用システムは、燃料電池と太陽熱集熱装置とを組み合わせて用い、燃料電池の排熱を利用して加温した温水を太陽熱集熱装置に送給して更に加温して温度を例えば８０℃程度まで高めるものである。例えば、燃料電池としての固体高分子形燃料電池は燃料電池反応の作動温度が低く、その排熱を利用しても水を６０℃程度までしか加温することができないが、太陽熱集熱装置と組み合わせることによって、温水を８０℃程度まで上昇させることができ、このように温水の温度を上昇させることによって、熱消費機器としてのデシカント空調装置に適用することが可能となり、また熱消費機器としての床暖房装置、浴室暖房乾燥機などに適用したときに暖房効率を高めることができる。このように家庭用燃料電池として固体高分子形燃料電池を用いたときにおいても、利用温水の温度を高めて熱消費機器の用途を広くすることができ、またエネルギー利用率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】一実施形態の排熱利用システムを簡略的に示すシステム図である。
【図２】図２は、図１の排熱利用システムを給水蓄熱モードで運転したときの温水の流れを示す図である。
【図３】図１の排熱利用システムを貯湯槽蓄熱モードで運転したときの温水の流れを示す図である。
【図４】図１の排熱利用システムをデシカント空調モードで運転して温水を貯湯水循環流路に戻すときの温水の流れを示す図である。
【図５】図１の排熱利用システムをデシカント空調モードで運転して温水を貯湯槽に貯めるときの温水の流れを示す図である。
【図６】図１の排熱利用システムを床暖房モードで運転したときの温水の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
２  固体高分子形燃料電池
４  貯湯槽
６  太陽熱集熱装置
８  デシカント空調装置
１０  床暖房装置
１２  冷却水循環流路
１４  貯湯槽水循環流路
１６，４６，５０  熱交換器
１８  送給ポンプ
２０  三方切換弁
２２，２４，２６，２８  温水送給流路
３０，３２  分岐送給流路
３４，３６，３８，４０，４２  開閉弁
４４，４８  消費温水循環流路
５２  制御装置
５４  運転操作装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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